CooC2/AcsF und Cfd1/Nbp35: Reifung komplexer Fe/S-Zentren durch MinD-Typ ATPasen

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Dobbek
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 311061912

Anaerob lebende Bakterien und Archaeen verwenden homologe Enzyme zur Umwandlung von CO2 und H2 zu Acetyl-CoA und Methan, die seit der Frühphase der biologischen Evolution den globalen Kohlenstoff-Kreislauf bestimmen. Ziel meiner Forschung ist die Chemie und Evolution des C1-Metabolismus anaerober Mikroorganismen zu verstehen. In den letzten Jahren haben wir eine Ni-Insertase für das im Acetyl-CoA Weg zentrale Enzym Acetyl CoA-Synthase (ACS) entdeckt und untersucht. Während für alle anderen zentralen Ni-Enzyme ein oder mehrere Maturationsenzyme bekannt sind, die den Einbau der aktiven Metallzentren katalysieren, wurde noch kein Enzym für die Reifung des Ni,Ni-[4Fe4S]-Zentrums, genannt Cluster A, beschrieben. Wir konnten zeigen, dass das Maturationsprotein CooC2, eine ATPase der MinD-Familie, einen spezifischen Komplex mit der Ni-defizienten Form der ACS bildet, dieser Proteinkomplex zwei Ni-Ionen mit hoher Affinität bindet und schließlich durch Zugabe von Mg-ATP aus ihm die aktive ACS entsteht. Bioinformatische Analysen legen nahe, dass die CooC-ATPasen in drei Subklassen unterteilt werden können: eine Subklasse enthält ATPasen für die Reifung des [NiFe4S4]-Zentrums der Kohlenmonoxid-Dehydrogenasen; eine andere Subklasse, mit CooC2 als erstem funktionell beschriebenen Beispiel, ATPasen für die Reifung der ACS verantwortlich ist; die Funktion der dritten Subklasse ist unbestimmt. In der ersten Förderperiode wollen wir untersuchen: (I) ob die homologen Enzyme aus Archaea die gleichen Funktionen haben wie das bakterielle CooC2-Protein. Dies ist insbesondere deshalb interessant, da der ACS aus Archaea, im Vergleich zu den bakteriellen Enzymen, eine Domäne fehlt, sie aber andererseits in einem Multienzym-Komplex von 2,5 MDa vorliegt. Wir wollen (II) untersuchen, wie im CooC2-apoACS Komplex die hohe Affinität für Ni erzeugt wird und ATP auf die Reifung wirkt. Da wir zusätzlich zu apo- und holo-ACS auch zwei Reifungsintermediate stabil herstellen können, haben wir den seltenen Vorteil die schrittweise Assemblierung eines komplexen Ni,Fe,S-Zentrum verfolgen zu können. Die Insertionsstrategie von CooC2 wollen wir schließlich (III) mit dem einer anderen MinD-Typ Metallinsertase, Cfd1/Nbp35, einem Schlüsselkomplex der cytosolischen Fe/S-Cluster-Reifung, vergleichen. Zur Erreichung der drei Ziele ist die Integration in den SPP und die Interaktion mit anderen Gruppen des SPP unabdingbar.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1927: Iron-Sulfur for Life